[发明专利]聚合物分离膜表面改性的方法

说明书

本发明公开了聚合物分离膜表面改性的方法，利用喷墨打印机的微液滴喷涂技术，通过连接电脑设置打印程序，精确控制聚电解质在聚合物分离膜表面进行修饰，实现聚合物分离膜表面亲水化和选择性荷电。本发明工艺过程效率提高显著、可控性强、成本低且绿色环保，改性后的分离膜抗污染性能和通水能力强，对提高分离膜的抗污染性能方面的研究具有重要意义。

技术领域

本发明涉及膜改性技术领域，特别涉及聚合物分离膜表面改性的方法。

背景技术

水资源短缺和水环境污染是当前世界各国迫切需要解决的重大问题。高效的污水处理及资源化利用技术成为国内外研究的重点课题。起源于20世纪60年代的膜分离技术，具有能耗低、效率高、易实现高度集成化、移动灵活、操作简便、二次污染小等诸多优势，是最具发展潜力的高效污水处理技术之一。

然而，膜污染是限制膜法污水处理技术广泛应用的瓶颈性问题(Lee et al.2004,Rana and Matsuura 2010)。在污水处理过程中，疏水的有机污染物极易和疏水的高分子膜表面发生吸附而停留在膜表面进而导致膜污染，另外，负电性的有机污染物和膜之间的静电吸引作用会加剧膜污染。膜污染导致膜通量下降、处理效率降低，而更换膜组件势必导致处理成本的提高；而对膜进行清洗维护，易导致二次污染，也会提高处理成本。使用具有高抗污染性能的膜，将使膜更换和清洗频率降低，从而大大降低成本，促进膜法污水处理技术的广泛应用，因而，研发抗污染的膜是实现高效膜法污水处理技术的关键问题。针对污染的机理，可通过改善膜的亲水性和负电性来提高膜的抗污染性能。

聚电解质是一种广泛应用于化工、医药等行业的精细化学品，由于其独特的荷电性能以及含有特殊的亲水官能团，例如磺酸(SO₃^-)、氨基(-NH₂)等，被认为具备提高膜的亲水性和选择性的荷电的能力。众多研究者探索了在聚合物膜表面涂覆聚电解质以提高膜的抗污染性能。美国专利US20140202953A1通过层层自组装的方法在基膜上修饰了聚电解质和碳纳米管，结果显示复合膜具有优良的通量，尤其对蛋白质具有很高的抗污染性，且水通量回复率提高(Heechul et al.2013)。高从堦院士等(Zhao et al.2011,Chen etal.2015)在层层自组装聚电解质改性膜表面方面进行了大量研究。F.Fadhillah等(Fadhillah et al.2013)以聚砜(PSF)超滤膜为基膜，以聚丙烯氯化铵(PAH)和聚丙烯酸(PAA)为正负聚电解质在PSF膜表面进行改性。修饰120层[PAH/PAA]后，膜的水接触角由未改性的79.81°降低为34.53°。F.Diagne等(Diagne et al.2012)在聚醚砜(PES)微孔滤膜(0.1微米)表面改性修饰了聚电解质/纳米Ag混合膜。改性后的膜负电性大大提高，由未改性的-2.96mV降低至-51.8mV。涂覆后的膜在抗有机污染物和微生物污染物方面的性能得到显著改善。

目前，层层自组装的(LBL)的方法被普遍应用于聚电解质对聚合物膜表面改性。中国专利CN200710156160.5通过电场驱动在基膜上层层自组装(LBL)聚电解质制备了渗透汽化复合膜。针对聚电解质修饰纳滤膜的研究方面，Law Yong Ng对进行了综述(Ng etal.2013)，他们指出LBL自组装技术具有操作简便，实验条件易控，反应条件温和等的优点。然而，层层自组装的(LBL)的方法也存在着可控性差、原料浪费严重、操作耗时等缺陷。即使很小的膜片，也需大量的聚电解质水溶液，这会导致二次污染和成本的升高。因此，开发高效、可控的聚电解质的改性方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为解决以上问题，本发明提供一种聚合物分离膜表面改性的方法，包括以下步骤：

制备特定浓度的盐溶液。

将制成的盐溶液分成两份，其中一份加入阳离子聚电解质物质，形成特定浓度的荷正电聚电解质溶液，另一份加入阴离子聚电解质溶液，形成特定浓度的荷负电聚电解质溶液。